Wie groß ist der Unterschied zwischen inländischen x86-CPUs und Intel? Weniger als die Hälfte der Leistung herkömmlicher Quad-Core-Produkte

Im Juni dieses Jahres sagte Wei Shaojun, Chefingenieur der National Nuclear Corporation, in einem Interview: „Die erfolgreiche unabhängige Forschung und Entwicklung sowie die Massenproduktion des inländischen Zhaoxin x86-Allzweckprozessors haben eine sprunghafte Verbesserung der Leistung inländischer Desktop-Prozessoren ermöglicht, von weniger als 7 % des internationalen Gesamtniveaus zu Beginn des 12. Fünfjahresplans auf die aktuellen 50 %, und die umfassende Leistungserfahrung hat 80 % erreicht.“ Wie ist eigentlich die Leistung inländischer X86-Chips im Vergleich zu Intel? Welche Fortschritte wurden bei der Einführung von Technologien und der Aufnahme von Innovationen erzielt?

Vor einigen Monaten wurde Shanghai Zhaoxins neuestes Produkt ZXD auf der Beijing International Internet Technology Expo und World Cyber ​​​​Security Conference 2017 vorgestellt. Obwohl ZXD im Vergleich zu den CPUs von Intel und AMD immer noch eine große Lücke aufweist, stellt es im Vergleich zu Zhaoxins erster CPU ZXA tatsächlich eine große Verbesserung dar. Seit der Gründung von Shanghai Zhaoxin im Jahr 2013 hat Shanghai Zhaoxin, vom ersten Produkt ZXA bis zum neuesten Produkt ZXD von heute, mehrere Jahre darauf verwendet, die Technologie von VIA als Grundlage zu nutzen, um die reine CPU-Leistung des Produkts um mehr als 80 % zu verbessern.

Wie groß ist die Leistungsverbesserung von ZXC im Vergleich zu ZXA?

ZX-A ist Zhaoxins erste CPU. Seine Technologie stammt von VIA. Es verfügt über 2 Kerne, eine Hauptfrequenz von 1,6 G und wird im 40-nm-Prozess von TSMC hergestellt. In Bezug auf die Leistung erzielte der ZXC mit einer Hauptfrequenz von 1,6 G unter Verwendung des Betriebssystems Ubuntu 14.04 und des ICC-Compilers laut dem von relevanten Einheiten durchgeführten SPEC2006-Test die folgenden Ergebnisse:

SPECint2006:11.3

SPECint_rate2006: 20,5

SPECfp2006: 12,4

SPECfp_rate2006:18.7

Die Single-Thread-Ergebnisse des STREAM-Tests sind:

Kopieren 5502,8 MB/s;

Skalierung 5042,9 MB/s;

5321,6 MB/s hinzufügen

Triad 5252,7 MB/s

Die Multithread-Ergebnisse des STREAM-Tests sind:

Kopieren 5191,1 MB/s;

Skalierung 5104 MB/s;

5383,8 MB/s hinzufügen

Triad 5461,9 MB/s

Hier stellen wir vor, dass SPEC2006 eine relativ maßgebliche Testsoftware in der Branche ist. Es testet die CPU mit 26 Programmen und berechnet anschließend die Ergebnisse. Je höher die Punktzahl, desto besser die Leistung. Allerdings ist der SPEC2006-Test nicht fehlerfrei. Man kann schummeln, indem man Bedingungen wie den Compiler nicht angibt. Es gibt Unterschiede bei den Punktzahlen, je nachdem, ob die automatische Parallelisierung aktiviert ist oder nicht. Und es gibt gewisse Unterschiede zwischen der Basispunktzahl und der Spitzenpunktzahl usw.

Dennoch ist SPEC im Vergleich zu einigen Black-Box-Tests immer noch ein relativ fairer Test, der die tatsächliche Leistung der CPU objektiv widerspiegeln kann. Schließlich gibt es keinen absolut objektiven Test, genauso wenig wie bei der Aufnahmeprüfung für das College. Auch wenn es Probleme der einen oder anderen Art gibt, ist es immer noch die praktikabelste und relativ faire und vernünftige Bewertungsmethode (mit Ausnahme von Peking und Shanghai).

ZX-C ist eine Einführung und Zusammenfassung der VIA-Technologie. Im Vergleich zu den 2 CPU-Kernen von ZXA verfügt ZXC über 4 CPU-Kerne und die CPU-Kerne interagieren über den L2-Cache miteinander. Im Vergleich zu ZXA wurde die Multi-Core-Leistung von ZXC verbessert. Der von VIA eingeführte Kern wurde neu gestaltet, um die Probleme der Ressourcenredundanz und des Ungleichgewichts zu beheben. Außerdem wurde der 28-nm-Herstellungsprozess von TSMC übernommen, um den Stromverbrauch zu senken, die Stabilität zu verbessern, die Kosten der Massenproduktion zu senken und die Hauptfrequenz der CPU von 1,6 G ZXA auf 2 G ZXC zu erhöhen.

Darüber hinaus hat Zhaoxin auch die FSB-Schnittstelle neu gestaltet und die FSB-Frequenz von 1066 MHz auf 1333 MHz erhöht. Die Speicherzugriffseinheit wurde neu gestaltet, eine neue L1/L2-Speicherzugriffssteuereinheit entwickelt und die Speicherzugriffsleistung optimiert.

Diese Änderungen zeigen sich am deutlichsten in der Leistung. Laut dem von den entsprechenden Stellen durchgeführten SPEC2006-Test weist der ZXC mit einer Hauptfrequenz von 2,16 G (Turbo) unter Verwendung des Betriebssystems Ubuntu 14.04 und des ICC-Compilers die folgenden Ergebnisse auf:

Specint 2006:17

Spezifischer Kurs2006：50

Specfp 2006:18.2

Specfp-Rate2006: 36,3

Im Vergleich zu ZXA hat ZXC seine Single-Thread-Festkommaleistung um etwa 54 % und seine Multi-Thread-Leistung um etwa 147 % verbessert. In Bezug auf die Gleitkommaleistung hat ZXC seine Single-Thread-Leistung um etwa 50 % und seine Multi-Thread-Leistung um etwa 50 % verbessert.

Obwohl im Fall des Betriebssystems Ubuntu 14.04 und des ICC-Compilers die Ergebnisse von Specint 2006:17 lauten; Specfp 2006:18.2 liegen weit hinter denen von Intel, ZXC hat im Vergleich zu ZXA große Fortschritte gemacht.

Die ZXD-Leistung wird weiter verbessert und gleicht den größten Mangel von ZXC aus

Wie bereits erwähnt, hat ZXC im Vergleich zu ZXA die Single-Thread-Festkommaleistung um etwa 54 % und die Multi-Thread-Leistung um etwa 147 % verbessert; In Bezug auf die Gleitkommaleistung hat ZXC die Single-Thread-Leistung um etwa 50 % und die Multi-Thread-Leistung um etwa 50 % im Vergleich zu ZXA verbessert.

ZXC hat jedoch auch seine eigenen Mängel, nämlich den Front-End-Bus. Bei Anwendungen wie Bildern, Audio, Video, Spielen, FPGA-Synthese und wissenschaftlichen Anwendungen, die normalerweise mit einem kleinen Teil der Daten eines großen Arbeitssatzes arbeiten, wird der Front-End-Bus zu einem großen Leistungsengpass.

ZXC setzt das Design des ursprünglichen Front-Side-Busses (VIA V4-Bus) von VIA fort – der Front-Side-Bus (FSB) ist die Computerkommunikationsschnittstelle früher Intel-Chips, ähnlich wie AMDs EV6, der die CPU und den Northbridge-Chip verbindet. Der Speichercontroller ist üblicherweise in der Northbridge integriert – ZXC hat den Speichercontroller nicht in den Prozessor, sondern in den Bridge-Chip integriert. Daher sind die Ergebnisse des STREAM-Tests nicht sehr gut.

Gemäß den Ergebnissen des STREAM 5.10-Tests lauten die Single-Thread-Ergebnisse:

Kopieren：7685.0 MB/s

Skalierung: 7446,4 MB/s

Hinzufügen: 8129,5 MB/s

Triade: 7981,7 MB/s

Die Ergebnisse des 4-Thread-Tests sind:

Kopieren：7426.3 MB/s

Maßstab: 7504,0 MB/s

Hinzufügen: 7656,8 MB/s

Triade: 7787,7 MB/s

Daraus können wir ersehen, dass die STREAM-Testergebnisse von ZXC relativ durchschnittlich sind und die Verbesserung im Vergleich zu ZXA relativ gering ist.

Die offensichtlichste Verbesserung von ZXD ist der Ersatz durch einen besseren DDR4-Speichercontroller. Es ist die erste Desktop-CPU für den Heimgebrauch mit integriertem DDR4-Speichercontroller. Darüber hinaus hat ZXD den Speichercontroller in den Chip integriert. Im Vergleich zum DDR3-Speichercontroller von ZXC verwendet ZXD einen DDR4-Speichercontroller und integriert den Speichercontroller in den Chip, anstatt ihn wie ZXC in den Bridge-Chip zu integrieren. Diese Änderung hat die Gesamtleistung der CPU bis zu einem gewissen Grad verbessert.

Darüber hinaus hat ZXD wahrscheinlich den FSB-Bus durch eine Schnittstelle ersetzt, die Intels DMI ähnelt. Die Kombination dieser beiden Faktoren beseitigt die Mängel von ZXC. Der typischste Beweis ist die deutliche Verbesserung der STREAM-Testergebnisse. Gemäß den von den entsprechenden Einheiten durchgeführten Tests lauten die Single-Thread-Ergebnisse der STREAM 5.10-Tests wie folgt:

Kopieren: 10942,4 MB/s

Skalierung: 10371,4 MB/s

Hinzufügen: 10603,1 MB/s

Triade: 9850,1 MB/s

Die Multithread-Ergebnisse sind:

Kopieren: 12666,1 MB/s

Skalierung: 13060,3 MB/s

Hinzufügen: 11270,2 MB/s

Triade: 11302,6 MB/s

Aus den Testergebnissen können wir ersehen, dass die SRTEAM-Testergebnisse von ZXD im Vergleich zu ZXC deutlich verbessert wurden und damit die früheren Mängel ausgeglichen wurden. Und durch die Aktualisierung des DDR4-Speichercontrollers kann auch das Problem der Einstellung der Produktion von DDR3-Speichersticks durch die großen Speicherhersteller in der Branche effektiv gelöst werden.

Zusätzlich zu den Verbesserungen am Speichercontroller fügt ZXD einen X86-Befehlspuffer hinzu, bietet eine genauere Schleifenpufferfunktion und reduziert die Anzahl der Pipeline-Stufen durch die Optimierung der Front- und Back-Ends der gesamten Pipeline erheblich, wodurch der Leistungsverlust durch Verzweigungsvorhersagefehler effektiv verringert wird ... Nach einer Reihe von Verbesserungen spiegelt sich dies direkt in der Leistungsverbesserung von ZXD im Vergleich zu ZXC wider. Gemäß den Daten der entsprechenden Einheiten lauten die SPEC2006-Testergebnisse bei Verwendung des Betriebssystems Ubuntu 14.04, 32 GB DDR4-Speicher, einer 120 GB SSD-Festplatte der Intel 530-Serie, eines ICC-Compilers und einer ZXD-Turbofrequenz von 2,2 G:

Specint 2006: 20,4

Spezifischer Kurs 2006: 63,3

Specfp 2006:23

Specfp-Rate2006: 47,6

Obwohl die Leistung von ZXD immer noch weit hinter der von Intel und AMD zurückliegt, erreicht ZXD in Bezug auf die reine CPU-Leistung etwa 30–40 % der Mainstream-Quad-Core-CPU von Intel. Es muss auch darauf hingewiesen werden, dass Zhaoxins Änderungen an der CPU-Architektur noch relativ begrenzt sind. Bei den bisher vorgenommenen Änderungen handelt es sich nicht um eine vollständige Überholung. Beispielsweise ist ihnen kein vergleichbares Upgrade und Sprung wie bei AMD vom „Pile Driver“ zum Zen gelungen.

Als Gewinner des Qingyun-Plans von Toutiao und des Bai+-Plans von Baijiahao, des Baidu-Digitalautors des Jahres 2019, des beliebtesten Autors von Baijiahao im Technologiebereich, des Sogou-Autors für Technologie und Kultur 2019 und des einflussreichsten Schöpfers des Baijiahao-Vierteljahrs 2021 hat er viele Auszeichnungen gewonnen, darunter den Sohu Best Industry Media Person 2013, den dritten Platz beim China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, den Guangmang Experience Award 2015, den dritten Platz im Finale des China New Media Entrepreneurship Competition 2015 und den Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018.